BR112013009062B1

BR112013009062B1 - lâmina para uma turbina eólica, rotor de turbina eólica e método para reduzir a deformação da raiz da lâmina

Info

Publication number: BR112013009062B1
Application number: BR112013009062-6A
Authority: BR
Inventors: Luca Feigl
Original assignee: Ge Renewable Technologies Wind B.V.
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2021-01-12
Also published as: CN103180606B; US20130209263A1; ES2473816T3; EP2441950A1; DK2441950T3; CN103180606A; EP2441950B1; BR112013009062A2; US9353627B2; WO2012049237A1; BR112013009062A8

Abstract

LÂMINA PARA UMA TURBINA EÓLICA. A presente invenção refere-se a uma lâmina para uma turbina eólica que compreende uma porção radicular da lâmina, a porção radicular da lâmina definindo uma superfície anular de montagem para se acoplar a um cubo ou extensor da turbina eólica e que compreende uma pluralidade de primeiros orificios munidade um buchamento interno, em que pelo menos um primeiro buchamento interno compreende pelo menos um primeiro membro de fixação, e pelo menos um segundo buchamento interno compeende pelo menos um segundo membro de fixação, os primeiro e segundos buchamentos estando localizados em posições substancialmente opostas sobre ou perto da superfície anular de montagem, e em que os ditos primeiro e segundo membros de fixação estão adaptados para receber o meio de conexão para controlar o primeiro membro de fixação com o segundo membro de fixação.

Description

LÂMINA PARA UMA TURBINA EÓLICA, ROTOR DE TURBINA EÓLICA E MÉTODO PARA REDUZIR A DEFORMAÇÃO DA RAIZ DA LÂMINA

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a uma lâmina para uma turbina eólica. A presente invenção também se refere a um método para reduzir a deformação de uma turbina eólica lâmina.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As lâminas em uma turbina eólica são tipicamente fixadas, por meio de uma porção radicular da lâmina, a um cubo de rotor, diretamente ou através de um extensor.

[003] As lâminas em uma turbina eólica são tipicamente feitas a partir de materiais compostos: fibras de reforço podem ser coladas umas às outras com uma resina e, subsequentemente, curadas para consolidar. Diferentes tipos de fibras (por exemplo, vidro, carbono, combinações dos mesmos) e resinas (por exemplo epóxi) podem ser usadas de diferentes formas (por exemplo, folhas de fibra pré-impregnadas). Tais materiais compostos talvez não tenham a integridade estrutural para prover um mecanismo firme de fixação dentro do qual, por exemplo, parafusos rosqueados podem ser diretamente inseridos. Por esta razão, sabe-se que as lâminas das turbinas eólicas compreendem inserções de metal ou buchamentos os quais estão incorporados na raiz da lâmina em uma direção paralela à direção do eixo geométrico longitudinal da lâmina. Pinos, parafusos ou hastes podem ser usados em combinação com esses buchamentos para obter uma conexão firme entre o cubo ou extensor e a lâmina.

[004] Um processo de fabricação de uma lâmina de uma turbina eólica em termos gerais pode compreender uma primeira etapa de moldagem e cura de duas metades separadas da lâmina feitas de material composto e uma segunda etapa de retirada do molde dessas duas metades e de junção das mesmas. De maneira alternativa, uma lâmina completa pode ser fabricada em uma única etapa de moldagem. Uma vez que a lâmina tiver sido fabricada, ela permanece na armazenagem até que a turbina eólica seja finalmente instalada. De maneira típica, a dita armazenagem pode durar de um mês até um ano.

[005] Embora as lâminas sejam feitas a partir de material composto para reduzir o seu peso, é importante considerar o fato de que uma lâmina acabada, feita de compósito, ainda assim tem um peso considerável.

[006] Portanto, um problema derivado a partir do tempo de armazenagem, mencionado acima é que a porção radicular da lâmina se deforma na posição de armazenagem devido ao peso de toda a lâmina (vide a Figura 1).

[007] A Figura 1 mostra de maneira esquemática uma lâmina para uma turbina eólica em uma posição de armazenagem. A seta A mostra a força do peso que atua sobre a porção radicular da lâmina 11 a qual pode causar a deformação da superfície de montagem 111 da porção radicular da lâmina.

[008] A orientação da lâmina na Figura 1 é meramente uma possibilidade dentre várias outras posições de armazenagem. A posição ideal de armazenagem pode depender do comprimento da lâmina, o seu formato, a sua curvatura e outros parâmetros de modelo da lâmina.

[009] Outro problema, relacionado ao que foi mencionado acima deriva a partir do aceleramento do processo de fabricação da lâmina. As lâminas ou metades de lâmina são frequentemente retiradas do molde quando o processo de cura ainda não está completamente finalizado. Desse modo, a resina ainda pode estar parcialmente macia e a lâmina pode se deformar com mais facilidade em função do seu próprio peso.

[010] Na prática, a deformação da raiz da lâmina pode levar a uma fixação mais vulnerável no cubo. Os orifícios de fixação da lâmina talvez não estejam completamente alinhados com os orifícios de fixação do cubo ou extensor, e os pinos ou parafusos usados para conectar a lâmina ao cubo talvez não estejam completamente centralizados em seus orifícios. Desse modo, em operação, eles podem ser submetidos a cargas transversais, o que encurta potencialmente a vida útil das lâminas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[011] É um objetivo da presente invenção super pelo menos parcialmente algumas das desvantagens mencionadas acima.

[012] Em um primeiro aspecto, a invenção fornece uma lâmina para uma turbina eólica que compreende uma porção radicular da lâmina, a porção radicular da lâmina definindo uma superfície anular de montagem para se acoplar a um cubo ou extensor da turbina eólica e que compreende uma pluralidade de primeiros orifícios munida de um buchamento interno, na qual pelo menos um primeiro buchamento interno pode compreender pelo menos um primeiro membro de fixação, e pelo menos um segundo buchamento interno pode compreender pelo menos um segundo membro de fixação. Os primeiro e segundos buchamentos podem estar localizados em posições substancialmente opostas sobre ou perto da superfície anular de montagem, na qual os ditos primeiro e segundo membros de fixação podem ser adaptados para receber o meio de conexão para conectar o primeiro membro de fixação com o segundo membro de fixação.

[013] Neste aspecto da invenção, quando os meios de conexão estão presos aos membros de fixação de pelo menos dois buchamentos internos localizados em posições substancialmente opostas, a força extensível pode atuar entre os ditos buchamentos substancialmente opostos. Desse modo, a dita força extensível pode cessar a deformação externa da superfície anular de montagem da raiz da lâmina devido ao peso da lâmina quando a lâmina está em uma posição de armazenagem. Dessa forma, a distância adequada entre os buchamentos substancialmente opostos pode ser mantida, de modo que os pinos ou parafusos usados para conectar a lâmina ao cubo possam ser centralizados nos orifícios munidos desses buchamentos. Desse modo, a vida útil desses pinos ou parafusos e das lâminas pode ser aumentada.

[014] Em algumas modalidades, o meio de conexão pode compreender meios de tensionamento para ajustar a tensão do meio de conexão que conectam os primeiro e segundo membros de fixação. Nessas modalidades, a tensão entre os dois lados de uma lâmina pode ser mais precisamente controlada. De maneira adicional, a tensão entre os dois lados da lâmina pode ser variada ao longo do tempo de acordo com as circunstâncias.

[015] De maneira adicional, neste aspecto, algumas modalidades podem compreender uma pluralidade de meios de conexão disposta para conectar pelo menos um primeiro membro de fixação de pelo menos um primeiro buchamento com pelo menos um segundo membro de fixação de pelo menos um segundo buchamento, os segundos buchamentos podem ser dispostos em uma posição substancialmente oposta sobre ou perto dos seus primeiros buchamentos correspondentes.

[016] Algumas modalidades podem compreender um ou mais meios de conexão dispostos em uma direção substancialmente horizontal em relação à lâmina em uma posição de armazenagem. Nessas modalidades, a força extensível pode ser aplicada na direção mais crítica para evitar deformação.

[017] Em outro aspecto, a invenção fornece um rotor de turbina eólica que compreende um cubo e pelo menos uma lâmina substancialmente conforme descrito aqui anteriormente. Em algumas modalidades, o rotor da turbina eólica pode compreender ainda um extensor.

[018] Em outro aspecto, a invenção fornece um método para reduzir a deformação da raiz da lâmina em uma lâmina substancialmente conforme descrito anteriormente, o método compreendendo a etapa de conexão de pelo menos um primeiro e um segundo membro de fixação um no outro com meios de conexão.

[019] Em algumas modalidades, a etapa de conexão de pelo menos um primeiro e um segundo membro de fixação um no outro com meios de conexão é executada de maneira substancialmente direta depois da fabricação da lâmina.

[020] Quando duas metades de lâmina (ou de maneira alternativa, uma lâmina) tiverem sido retiradas de um molde antes da conclusão do processo de cura, as deformações por causa do próprio peso das lâminas podem ser minimizadas fixando-se dois membros de fixação substancialmente opostos dispostos nos dois buchamentos substancialmente opostos da porção radicular da lâmina com meios de conexão conforme anteriormente explicado.

[021] Em algumas modalidades, o meio de conexão podem ser dispostos entre pelo menos um primeiro e um segundo membro de fixação, localizados em posições opostas substancialmente diametrais e os membros de fixação estão dispostos de tal modo que um ou mais meios de conexão possam ser dispostos em uma direção substancialmente horizontal, quando a lâmina estiver em posição de armazenagem.

[022] Em algumas modalidades, depois que a etapa de conexão de pelo menos um primeiro e um segundo membro de fixação um no outro com meios de conexão tiver sido executada, a tensão nos dito meio de conexão pode ser adaptada de modo a manter uma distância apropriada entre os buchamentos substancialmente opostos que compreendem pelo menos um dito primeiro e segundo membros de fixação.

[023] Objetivos, vantagens e características adicionais das modalidades da invenção se tornarão aparentes para aqueles versados na técnica durante exame da descrição, ou eles podem ser percebidos na prática da invenção

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[024] As modalidades particulares da presente invenção serão descritas a seguir em forma de exemplos não limitantes e com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

- a Figura 1 ilustra uma lâmina para uma turbina eólica em uma posição de armazenagem;
- a Figura 2 mostra uma vista secional da fixação da lâmina para uma turbina eólica em um cubo ou extensor da turbina eólica de acordo com uma primeira modalidade;
- as Figuras 3a-3b mostram uma vista secional de um buchamento interno de acordo com outras modalidades da presente invenção, o qual possui uma pluralidade de membros de fixação adaptada para receber o meio de conexão;
- as Figuras 4a-4e de maneira esquemática ilustram outras modalidades da presente invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[025] As modalidades particulares da presente invenção serão descritas a seguir em forma de exemplos não limitantes e com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

[026] A Figura 2 representa uma vista secional longitudinal da fixação de uma lâmina em uma porção radicular da lâmina 11 acoplada a um flange de montagem 12 de um cubo ou extensor de uma turbina eólica. A porção radicular da lâmina define uma superfície anular de montagem 111 (mostrada mais claramente nas Figuras 1 e 4a-4e) para se acoplar a o cubo ou extensor e a qual compreende uma pluralidade de primeiros orifícios 13 que pode ser munida de um buchamento interno 14.

[027] De acordo com uma primeira modalidade mostrada na Figura 2, um ou mais dos buchamentos 14 podem compreender um membro de fixação 15 adaptado para receber o meio de conexão 16 (mostrado nas Figuras 4a-4e). Como pode ser visto na Figura 2, os membros de fixação 15 podem projetar uma parede interna 131 do primeiro orifício 13 da raiz da lâmina 11.

[028] De acordo com esta primeira modalidade ilustrada na Figura 2, os membros de fixação 15 podem ser rosqueados nos buchamentos 14.

[029] No entanto, deve ser notado que existem várias formas alternativas para conectar um membro de fixação a um buchamento, tais como membros de fixação soldados aos buchamentos, membros de fixação integralmente maquinados com os buchamentos ou qualquer outro método adequado de acoplagem.

[030] Na modalidade ilustrada nas Figuras 2 e 3a-3b os membros de fixação 15 compreendem um furo. Os furos dos membros opostos de fixação podem ser conectados, por exemplo, com um cabo que compreende ganchos os quais podem entrar nos furos por uma das pontas.

[031] Além disso, a Figura 2 ilustra um flange de montagem 12 de um cubo ou extensor de uma turbina eólica que pode compreender uma pluralidade de segundos orifícios 121. Esses segundos orifícios 121 do flange de montagem 12 podem estar alinhados com os primeiros orifícios 13 da lâmina permitindo a inserção de prendedores 17 para prender a lâmina 10 ao cubo ou ao extensor. Em geral, parafusos, pinos, hastes ou similares são usados como prendedores.

[032] Deve ser notado que um flange de montagem 12 tal como o ilustrado na Figura 2 pode formar parte de um cubo ou extensor. Uma raiz da lâmina 11 pode ser diretamente montada sobre o cubo ou pode ser montada sobre um extensor fixado ao cubo.

[033] Diferentes modalidades podem compreender diferentes membros complementares de fixação e meios de conexão, os quais podem ser de maneira preferida montados com facilidade. Por exemplo, em uma modalidade um fio ou cabo pode ser usado como o meio de conexão que compreende um gancho em uma das pontas do fio ou cabo. Os membros de fixação podem compreender um furo adequado no qual os ganchos do cabo podem ser inseridos. De maneira alternativa, o cabo ou fio pode compreender um furo, enquanto os membros de fixação podem compreender um gancho. Ainda em outras modalidades, o meio de conexão pode ser uma haste a qual pode ser conectada a um membro de fixação que compreende, por exemplo, um orifício. a haste pode compreender ainda uma rosca em uma das pontas e o orifício complementar pode compreender uma rosca interna.

[034] De acordo com diferentes modalidades, os membros de fixação 15 podem ser selecionados dentre o grupo que consiste em um gancho, um furo, um pino, um fecho, um anel, um prendedor por estalo, um orifício, um suspensor, um laço, um grampo, um par de projeções de suporte ou similares dependendo do tipo de meio de conexão que será usado.

[035] De acordo com diferentes modalidades, o meio de conexão 16 pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em um fio, um cabo, um cordão, um barbante, um cinto, um bastão, uma corda, uma haste ou similar, dependendo do tipo de membro de fixação usado.

[036] A Figura 3a mostra uma vista secional de um buchamento 14 de acordo com uma segunda modalidade na qual o buchamento 14 pode compreender dois furos 15.

[037] A Figura 3b mostra outra modalidade de um buchamento 14 que compreende dois furos 15 conectados um ao outro através de uma barra 151. A barra 151 pode ser conectada aos furos 15 através de cabos ou ganchos. Peças alternativas de conexão ao invés de uma barra 151 para conectar dois membros de fixação um no outro também podem ser usadas.

[038] Entende-se que o número de membros de fixação pode variar dependendo, por exemplo, do tamanho da porção radicular da lâmina. Em outras modalidades, mais membros de fixação podem ser fornecidos em um único buchamento e uma peça de conexão adequada pode conectar mais do que dois membros de fixação. Um aspecto das modalidades nas quais vários membros de fixação são conectados através de tal peça de conexão é que as cargas podem ser bem distribuídas ao longo do comprimento de um buchamento.

[039] As Figuras 4a-4e mostram possíveis disposições das lâminas de turbina eólica in armazenagem de acordo com a presente invenção.

[040] A Figura 4a ilustra o caso no qual um único cabo 16 é preso entre dois buchamentos opostos e diametrais 141, 142 os quais podem estar em uma direção substancialmente horizontal em relação à lâmina 10 em uma posição de armazenagem. Na Figura 4a, o cabo 16 está munido de um tensor 18 o qual serve como meio de tensionamento. Usando-se o tensor 18, pode ser definida uma tensão desejada para evitar a deformação da lâmina.

[041] Em outras modalidades, outros meios de tensionamento podem ser usados tais como, por exemplo, uma porca, uma arruela ou similar em combinação, por exemplo, com uma haste como o meio de conexão para adaptar a tensão do meio de conexão.

[042] Em outras modalidades, a tensão correta pode ser automaticamente garantida escolhendo-se o cabo (ou outros meios de conexão) com comprimento e/ou elasticidade adequada.

[043] A Figura 4b mostra uma modalidade que compreende cinco cabos 16 que conectam os membros de fixação dos buchamentos consecutivos 141, 141a, 141b aos respectivos buchamentos opostos diametrais 142, 142a, 142b. Nesta modalidade, os cabos 16 estão dispostos perto de uma direção substancialmente horizontal em relação à lâmina 10 em uma posição de armazenagem.

[044] A Figura 4c mostra outra modalidade que compreende cinco cabos 16 que conectam os membros de fixação em buchamentos alternados 141, 141a, 141b e em seus buchamentos opostos diametrais 142, 142a, 142b. Em comparação com a modalidade da Figura 4b, os cabos foram espaçados uns dos outros.

[045] A Figura 4d mostra uma modalidade similar àquela mostrada na Figura 4c, porém, com quatro cabos 16 que conectam os membros de fixação em buchamentos alternados 141a, 141b com o seus buchamentos opostos diametrais 142a, 142b. Na disposição representada na Figura 4d, o cabo disposto o mais horizontal possível em relação à lâmina 10 em uma posição de armazenagem presente na Figura 4c foi removido. Em comparação com as modalidades das Figuras 4b e 4c, os cabos foram removidos ainda mais da posição horizontal.

[046] A Figura 4e mostra uma modalidade que compreende uma única haste 18 fixada em uma das pontas por meio de pelo menos dois cabos 19 presos a diferentes buchamentos 141, 141a e aos seus buchamentos substancialmente opostos 142, 142a na outra ponta.

[047] Várias disposições possíveis do meio de conexão foram mostradas nas Figuras 4a-4e. A mais adequada dessas disposições (ou até mesmo outras alternativas) pode depender, por exemplo, do formato e tamanho da raiz da lâmina, dos materiais usados, da tensão que precisa ser provida e da deformação sofrida sem os cabos.

[048] De acordo com as modalidades preferidas da invenção, os meios de conexão são montados sobre o meio de fixação disposto nos buchamentos 14 substancialmente e imediatamente depois da fabricação da lâmina 10 de modo a limitar a deformação o máximo possível.

[049] Em algumas modalidades, a porção radicular da lâmina 11 pode compreende um flange anular de metal (não representado nos desenhos) ao longo da periferia da superfície anular de montagem 111 da raiz da lâmina 11. Tal flange compreenderia uma pluralidade de orifícios correspondentes adequados para o encaixe de prendedores, de tal modo que a lâmina com flange pudesse ser conectada ao cubo (ou extensor).

[050] Embora apenas um número de modalidades particulares e exemplos da invenção tenham sido descritos aqui, será compreendido por aqueles versados na técnica que outras modalidades e/ou usos alternativos da invenção, bem como modificações óbvias e equivalentes das mesmas são possíveis. Além disso, a presente invenção cobre todas as combinações possíveis das modalidades particulares descritas. Desse modo, o escopo da presente invenção não deve ser limitado por modalidades particulares, e sim determinado apenas pela leitura justa das reivindicações que se seguem.

Claims

LÂMINA (10) PARA UMA TURBINA EÓLICA que compreende uma porção radicular da lâmina (11), a porção radicular da lâmina (11) definindo uma superfície anular de montagem (111) para se acoplar a um cubo ou extensor da turbina eólica e que compreende uma pluralidade de primeiros orifícios (13) munida de um buchamento interno, caracterizada por:
pelo menos um primeiro buchamento interno (141, 141a, 141b) compreender pelo menos um primeiro membro de fixação (15), e pelo menos um segundo buchamento interno (142, 142a, 142b) compreender pelo menos um segundo membro de fixação (15), os primeiro e segundos buchamentos (141, 141a, 141b, 142, 142a, 142b) estando localizados em posições opostas sobre ou perto da superfície anular de montagem (111), e em que
os primeiro e segundo membros de fixação (15) serem adaptados para receber um meio de conexão (16) selecionado de um grupo consistindo em um fio, um cabo, um cordão, um barbante, um cinto, um bastão, uma corda, uma haste ou similar, para conectar o primeiro membro de fixação (15) com o segundo membro de fixação (15).
LÂMINA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo meio de conexão (16) compreender meios de tensionamento (18) para ajustar a tensão.
LÂMINA (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada por pelo menos um membro de fixação (15) ser maquinado com o buchamento (14) formando uma peça integral.
LÂMINA (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por pelo menos um membro de fixação (15) estar rosqueado no buchamento (14).
LÂMINA (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por pelo menos um buchamento (14) compreender uma pluralidade de membros de fixação (15) adaptada para receber o meio de conexão (16).
LÂMINA (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada por uma pluralidade de meios de conexão (16) estar disposta para conectar pelo menos um primeiro membro de fixação (15) de pelo menos um primeiro buchamento (141, 141a, 141b) com pelo menos um segundo membro de fixação (15) de pelo menos um segundo buchamento (142, 142a, 142b), os segundos buchamentos (142, 142a, 142b) sendo dispostos em posições opostas sobre ou perto dos seus primeiros buchamentos correspondentes (141, 141a, 141b).
LÂMINA (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada por um ou mais meios de conexão (16) serem dispostos em uma direção horizontal, quando a lâmina (10) está em posição de armazenagem.
LÂMINA (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo meio de conexão (16) ser cabos de aço.
LÂMINA (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pela porção radicular da lâmina (11) ainda compreender um flange anular e rígido (12) na periferia da superfície anular de montagem (111) da raiz da lâmina (10).
ROTOR DE TURBINA EÓLICA, que compreende um cubo, caracterizado por compreender ainda pelo menos uma lâmina (10) conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.
ROTOR DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por ainda compreender um extensor.
MÉTODO PARA REDUZIR A DEFORMAÇÃO DA RAIZ DA LÂMINA (10), em uma lâmina (10) conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por compreender a etapa de conexão de pelo menos um primeiro e um segundo membro de fixação (15) um no outro com meios de conexão (16) selecionados de um grupo consistindo em um fio, um cabo, um cordão, um barbante, um cinto, um bastão, uma corda, uma haste ou similar.
MÉTODO PARA REDUZIR A DEFORMAÇÃO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela etapa de conexão do pelo menos um primeiro e um segundo membro de fixação (15) um no outro com meios de conexão (16) ser executada de maneira direta depois da fabricação da lâmina (10).
MÉTODO PARA REDUZIR A DEFORMAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 13, caracterizado pelos meios de conexão (16) estarem dispostos entre o pelo menos um primeiro e um segundo membro de fixação (15) localizados em posições opostas diametrais, os membros de fixação (15) estando dispostos de tal modo que um ou mais meios de conexão (16) fiquem dispostos em uma direção horizontal, quando a lâmina (10) estiver em posição de armazenagem.
MÉTODO PARA REDUZIR A DEFORMAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado por depois que o pelo menos um primeiro e um segundo membro de fixação (15) tiverem sido conectados um ao outro com os meios de conexão (16), a tensão nos meios de conexão (16) ser adaptada de modo a manter uma distância apropriada entre os buchamentos (141, 141a, 141b, 142, 142a, 142b) opostos que compreendem o pelo menos um primeiro e segundo membros de fixação (15).